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    バレーボーラーのための基礎物理(1)

     2016-03-22
    唐突ですが「力」って何でしょうか。「力」は直接目に見えませんから、3つの証拠を探すことになります。

    物体に力がはたらくと・・・
    1. 物体を変形させる。
    2. 物体を支える。
    3. 物体の動き(速さや向き)を変える。
    この3つの現象が主に確認できます。
    バレーボールで重要なのは、1と3でしょうか。

    では、力がはたらかないとどうなるのでしょうか。
    力がはたらかないと「静止している物体は静止し続け、動いている物体は動き(等速直線運動を)続ける」ことになります。この性質を「慣性の法則」と言います。名前くらいは聞いたことがあると思います。

    力もいろいろありますが、我々の住む世界で意識すべき力は主に2つの種類に分けられます。「直接触れてはたらく力」と「離れていてもはたらく力」です。

    直接触れてはたらく力には、ボールをディグしたり、スパイクを打ったり・・・床を蹴ってジャンプするのもこの力です。

    一方、離れていてもはたらく力には重力や電磁気力と呼ばれるものがありますが、バレーボーラーに関係があるのは重力だけであると考えましょう。

    つまり、バレーボールにおいては、重力は離れていてもはたらく力であるが、それ以外は「直接触れないと力がはたらかない」と言えます。

    ここでひとつ例題を出してみます。
    適当に拾ってきた画像です。この画像にはフリースローで手から離れてからゴールに入る直前までのボールが14個描かれていますが、それぞれのボールにどのような力がはたらいているのでしょうか。できる人は作図をしてみると良いと思います。力がはたらく向きに矢印を書いて作図をします。
    5cm1.jpg


    正解は「すべてのボールにはたらく力は重力のみである」ということです。(厳密に言えば空気抵抗がありますが、今はコレを無視しましょう)これは、はじめに学習した「直接触れてはたらく力」と「離れていてもはたらく力」の視点で見れば分かりやすいかと思います。シュートが放たれた後、ボールに触れているものはありません(空気のみ)ので、ボールには重力以外にはたらく力は無いと考えられます。

    さて、カーリングなどのように平面を移動する物体であれば、等速直線運動を基準に考えれば良いのですが、バレーボールでは、ボールは立体的に移動をするのでその考え方を説明します。

    空間を立体的に移動するボールは、垂直方向の動きと水平方向の動きに分けて考えます。(空気抵抗やボールのスピンなどは無視します)
    水平方向については、力を加えられた後は「等速直線運動」を行い、垂直方向については、上昇中は徐々に減速がおこり、下降中は徐々に加速がおこります。この2つの組み合わせが立体的な動きとなります。

    では、具体的な問題について考えてみましょう。
    ある選手が2種類のサーブを打ちます。同じ地点、同じ打点からサーブを打ち、どちらもボールの頂点では3mの位置を通過し、一方はフロント・コートに、一方はエンドライン付近に落ちるとします。このとき、地面に落ちるのが早いサーブはどちらでしょうか。

    これは「どちらも同じタイミング(同時)に地面につく」が正解です。
    ボール・ヒットから地面に落ちるまでの時間を決めるのは、水平方向の速さは関係なく、垂直方向の力、つまり頂点の高さであると言えます。ちなみに、詳しくは触れませんが、物体の質量の大小も落ちるまでの時間には関係ありません。同じジャンプ力がある選手がいて、体重が軽い選手は滞空時間が長く、体重が重い選手は滞空時間が短いなんてことはありません。ジャンプ力(頂点の高さ)が同じであれば、地面に落ちるまでの時間は同じです。

    具体的な場面に応用してみましょう。いわゆるショート・サーブの場合、ボールの頂点がネットギリギリということはなく、比較的高い頂点であることが多いと言えます。一方、スパイク・サーブなどスピード・サーブではネットギリギリを通過することも少なくありません。つまり、フロント・コートに落ちるショート・サーブの方が、エンドライン付近に落ちるスピード・サーブよりも、ボール・ヒットから地面に落ちるまで時間的に余裕があると言えます。

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